QEMU 32位机virtio-pci-pmem内存地址超4G问题咨询

1. mem1被放到4G以上的原因 #

QEMU对virtio-pci-pmem这类PCI设备的内存分配逻辑是：默认把设备内存映射到PCI设备专属的内存区域，而传统PC机型的PCI设备内存区域在QEMU里默认被安排到4G（0x100000000）以上的地址空间。这么做是为了避开32位地址里留给RAM、BIOS、传统I/O设备的常用区域，即使你虚拟机只分配了4M RAM，QEMU依然会遵循这个布局规则，不会自动把设备内存放到低地址空闲区。

另外你用loader设备把flash.img加载到0x400000，这和virtio-pci-pmem的后端内存地址没有关联——前者只是把文件内容加载到指定物理地址，后者是独立的PCI设备，地址由QEMU的PCI地址分配器单独管理。

2. 可以强制放到32位地址范围内 #

有两种直接的修改方式：

• 给内存后端指定物理地址：在创建memory-backend-file时添加addr=0x400000参数，强制把mem1绑定到指定低地址：

  /usr/bin/qemu-system-i386 -machine pc -m 4M,slots=2,maxmem=16M -cpu qemu32 -device isa-debug-exit,iobase=0xf4,iosize=0x04 -nographic -net none -pidfile qemu.pid -serial unix:/tmp/bt-server-bredr -monitor stdio -object memory-backend-file,id=mem1,share=off,mem-path=flash.img,size=1M,pmem=on,addr=0x400000 -device virtio-pmem-pci,memdev=mem1,id=nv1 -device loader,file=flash.img,addr=0x400000,cpu-num=0,force-raw=on -s -kernel zephyr.elf
  

• 给PCI设备指定BAR地址：在virtio-pci-pmem设备参数里添加addr=0x400000，直接指定设备内存的BAR映射地址：

  /usr/bin/qemu-system-i386 -machine pc -m 4M,slots=2,maxmem=16M -cpu qemu32 -device isa-debug-exit,iobase=0xf4,iosize=0x04 -nographic -net none -pidfile qemu.pid -serial unix:/tmp/bt-server-bredr -monitor stdio -object memory-backend-file,id=mem1,share=off,mem-path=flash.img,size=1M,pmem=on -device virtio-pmem-pci,memdev=mem1,id=nv1,addr=0x400000 -device loader,file=flash.img,addr=0x400000,cpu-num=0,force-raw=on -s -kernel zephyr.elf
  

注意0x400000到0x4FFFFF这1M空间是空闲的（你的RAM只到0x3FFFFF），不会和现有资源冲突，可以安全使用。

3. 32位代码访问该内存的方式 #

• 如果成功映射到低地址：你的现有代码可以直接访问——32位Zephyr RTOS默认使用物理地址直接操作（未开启MMU的情况下），0x400000属于32位地址范围，代码无需修改。
• 如果无法调整地址布局：
  1. 启用PAE扩展：开启CPU的PAE支持（QEMU默认可能已开启，无需pae=off），然后在Zephyr中配置PAE分页机制，使用64位物理地址类型访问4G以上内存，但需要修改RTOS的内存管理配置，适配PAE模式。
  2. 通过virtio-pmem设备接口访问：实现virtio-pmem的驱动逻辑，通过设备提供的I/O寄存器和命令接口间接读写持久内存，不需要直接操作物理地址。这种方式符合virtio设备的标准访问流程，不需要依赖物理地址的映射位置。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pierre Neumann